浅谈安全监控技术在新建铁路隧道施工中的应用

【摘要】为了降低隧道施工安全风险，避免施工安全事故的发生，在新建铁路隧道施工过程中，针对隧道施工安全管理，开发了一套由人员管控、围岩沉降自动监测报警和视频监控三个子系统组成的隧道安全监控信息系统，重点介绍该系统的组成、功能及特点。该系统提高了隧道施工管理的信息化和自动化程度，降低了隧道施工安全风险的管控难度，提高了隧道安全管理的水平。

【关键词】高速铁路；隧道施工；安全监控系统

1 人员安全监控管理系统

1. 1 系统组成

人员自动登入安全管理系统由工控机及相关附属设备、通讯接口、无线数据接收器和标识卡组成 。

1. 1. 1 工控机

工控机是人员自动登入安全管理系统的操作平台，通过工控机上安装的软件可对整套系统进行操作。

1. 1. 2 通讯接口

用以接收无线数据接收器发送的本安信号，转换成非本安信号发送给工控机；接收中心站发送的非本安信号，转换成本安信号发送给隧道内无线数据接收器。技术参数如下所述。

传输距离： > 8 km。

通讯速率： 4 800 bps。

供电电压： 交流 220 V，50 Hz。

信号传输方式：双向主从半双工。

传输信号方式： CAN 总线通讯方式。

1. 1. 3 无线数据接收器

无线数据接收器采用单向传输方式接收标识卡信号，接收标识卡发射的数据并暂时保存。当工控机发出指令后，无线数据接收器通过 CAN 总线将数据分包上传。无线数据接收器上的绿、黄、红色信号指示灯闪烁表示读卡、警告、撤离。

1. 1. 4 长距离无线标识卡

长距离无线标识卡采用有源射频技术，可标识进洞人员身份信息，随身佩带。多个标识卡可在 50 m内同时被识别，具有无线微功率、稳定可靠等优点，且体积小，便于携带或安放。

1. 2 系统功能

工控机、通讯接口、无线数据接收器、长距离身份无线标识卡组成一个完整的监控系统，可实现以下 3个方面功能。

1. 2. 1 系统安全报警功能

进入隧道的人员发现危险时，按下所携带标示卡的报警按钮，系统自动报警，安全管理人员可以及时处理，根据情况启动应急预案。

1. 2. 2 重点（ 危险） 区域监控功能

系统可对进入隧道危险区域的人员进行监控和管理。在爆破作业等危险情况下，监控人员的疏散情况。在工控机内预先输入单工序最长作业时间，对在隧道停留超时的人员自动报警，避免工作时间超长。

1. 2. 3 应急救援辅助功能

系统能够记录隧道发生安全事故时，隧道内的具体人员及其位置，以便救援人员根据系统记录，展开相应的救援。在有互联网接入的隧道，可以实现网络查询隧道人员、人员统计、重点区域、考勤查询、报警历史等报表信息的功能。

1. 3 系统特点

隧道人员安全管理的常规做法是挂牌及登记制度，在隧道洞口设立警卫室和胸卡挂板，并对进洞人员进行登记。但由于员工素质参差不齐，安全意识淡薄，为了“省事，图方便”，以上方法往往难以彻底执行；同时，由于登记挂牌制度须人工统计，时效性差，管理随意性较大，在实际管理过程中所取得的效果较差。采用人员管控系统后，有效地解决了以上问题。

2 围岩沉降自动监测报警系统

2. 1 系统组成

围岩沉降自动检测自动报警系统由静力水准仪和自动化系统两部分组成。

2. 1. 1 RJ-50 智能型电容式静力水准仪主要技术参数如下。

测量范围：50 mm。

测量精度：0. 1 mm。

环境温度： - 20 ℃ ～ + 60 ℃ 。

温度系数：≤0. 05%F. S. / ℃（F. S. 表示满量程）。

最小读数：≤0. 05%F. S. mm（F. S. 表示满量程）。

2. 1. 2 DAMS-IV 智能分布式系统

智能分布式系统数据采集单元主要性能如下。可采集对象：电容式、电阻式、压阻式、电感式、振弦式、电位器式、RS485 总线式等传感器。

工作湿度：≤95% 。

采样时间：（1 ～ 5） s/点。

工作温度： - 10 ℃ ～ + 50 ℃ 。

数据存储量：≥100 ～ 300 测次。

采集频次：1 min ～ 3 个月 /次。

系统 2防雷电感应：500 ～ 1 500 W。测量方式：定时、单检、巡检、选测或即刻测量。

2. 2 系统功能

隧道施工中易造成重大安全事故的多为隧道塌方，而且坍塌事故多为突发性事件，安全隐患较大。预防塌方事故是隧道施工中安全管理的关键。在以往的安全管理中，对于塌方事故多凭经验进行判断。这种方法时效性差，难以及时作出判断。而且施工人员不能在第一时间撤离事故现场，员工的生命安全难以得到保障。

2. 3 系统特点

相对于传统监控量测方法，该方法具有实时性、连续、自动监测、超限报警功能、监测工作量小等显著优势，特别在不良地质、下穿既有线路等变形敏感的区段，具有以下特点：

1）实现了拱顶收敛沉降监测的需要，能够满足高频次、高精度测量的需要；

2 ） 自动化程度提高，大大减少了人工测量工作量，减少了测量强度，提高了效率；

3） 沉降监控实时性强，一旦有异常变化，能够及时地发现异常，为施工安全提供有力的保障。

3 高速铁路远程视频监控系统

3. 1 系统组成

系统由球型摄像机、视频编码器和光收发器组成。现场由视频、音频、报警信号收集以及数据传输装置组成，支持双向语音传输。所收集数据由光收发器通过光纤传输到控制中心。

3. 1. 1 防暴力日夜转换高速球型摄像机

该摄像机可以迅速捕捉远距离的物体，兼有 36X光学变焦和 12X 数字变焦；内置日夜转换功能；最低照度达到 0. 01 lux（at slow shutter）；具有最高的防护等级，抗 750 kg 外 冲 击 力。

3. 1. 2 视频编码器

视频编码器将球形摄像机摄入图像转化为数据，经过光收发器连接的光纤传输至控制中心。

3. 1. 3 光收发器

控制中心与前端监管点采用光纤连接，通过光收发器实现网络通信。控制中心由服务器和计算机构成。服务器采用世界领先的 IFT 智能计算架构，具备计算、储存和输入 /输出功能，适用于对处理速度、运算能力较高要求的应用环境，兼具可靠的系统稳定性。

3. 2 系统功能及特点

该系统通过对危险作业工序及区域的可视化监控，实现了隧道施工安全实时监控及远程指挥和调度，确保施工安全信息畅通，并通过工程数据库管理信息系统，进行信息共享，满足项目业主、施工、设计、监理、质检部门等相关工程建设单位的需要，是实现隧道施工管理信息化、一体化和扁平化管理的重要手段，有助于建立现代化、科学化的管理模式，使决策更加准确、及时，施工更加可靠、安全。

4 结语

新建铁路隧道施工安全监控系统的应用，从根本上改变了施工单位的隧道安全管理模式，是施工安全管理模式和理念的升级，是隧道安全管理向科学化、信息化发展的一个必然产物。

参考文献：

[1]同济大学. 地铁及地下工程建设风险管理指南[R]. 上海：同济大学，2007.

[2]闫玉茹，黄宏伟，胡群芳，等. 大连湾海底隧道钻爆法施工风险评估研究[J]. 岩石力学与工程学报，2007，26（增 2）：3616-3624.